(57)【要約】      （修正有）【課題】  内容液を口筒部を密封した状態で凍結させて販売、使用する製品において、凍結状態で安全に保存および使用ができる合成樹脂製壜体、およびこれに内容液を充填した液体収納製品を提供する。【解決手段】  壜体の所定基準温度Ｔｒにおける満注容積ＣＯＦが式（１）を満足し、予め設定した膨出状の限界変形状態における限界容積増分△Ｃｃｒが式（２）を満足する壜体形状とする。ＣＯＦ＞α（ｖｓｆ／ｖｓｌ）Ｖｌ＋（１−α）Ｖｌ・・・・（１）△Ｃｃｒ＞（ｖｓｆ／ｖｓｌ）Ｖｌ−ＣＯＦ＋βＶｈ・・・・（２）但し、Ｖｌは壜体充填内容液の所定基準温度Ｔｒにおける体積、Ｖｈは壜体中の所定基準温度Ｔｒにおけるヘッドスペース体積、ｖｓｌは内容液の所定基準温度Ｔｒにおける比容積、ｖｓｆは内容液の完全凍結状態での比容積、αは内容液の凍結部分の重量比（１〜０の範囲の数値。）βは１〜０の範囲の係数である。また式（２）中、Ｖｈ＝ＣＯＦ−Ｖｌである。【選択図】図１
2005343484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内容液を所定体積充填し、口筒部を密封した状態で内容液を凍結させて使用することを目的とした壜体であって、壜体の所定基準温度Ｔｒにおける満注容積ＣＯＦが下記式（１）に示す条件を満足し、また予め設定した膨出状の限界変形状態における限界容積増分△Ｃｃｒが下記式（２）に示す条件を満足する壜体形状とした合成樹脂製壜体。
ＣＯＦ＞α（ｖｓｆ／ｖｓｌ）Ｖｌ＋（１−α）Ｖｌ    （１）
△Ｃｃｒ＞（ｖｓｆ／ｖｓｌ）Ｖｌ−ＣＯＦ＋βＶｈ    （２）
但し、Ｖｌは壜体に充填された内容液の所定基準温度Ｔｒにおける体積、Ｖｈは壜体中の所定基準温度Ｔｒにおけるヘッドスペース体積、ｖｓｌは内容液の所定基準温度Ｔｒにおける比容積、ｖｓｆは内容液の完全凍結状態での比容積、αは内容液のうち凍結部分の重量比（１〜０の範囲の値を採る。）そしてβは１〜０の範囲の値を示す係数である。また式（２）中Ｖｈ＝ＣＯＦ−Ｖｌである。
【請求項２】
胴部の平断面形状を非真円形とした請求項１記載の合成樹脂製壜体。
【請求項３】
ポリエチレンテレフタレート系樹脂製の２軸延伸ブロー成形品とした請求項１または２記載の合成樹脂製壜体。
【請求項４】
合成樹脂製壜体に内容液を充填し、口筒部を密封した状態で前記内容液を凍結させて販売、使用することを目的とした製品であって、壜体形状と内容液の充填量の関係が下記式（１）および（２）に示す条件を満足するようにした液体収納製品。
ＣＯＦ＞α（ｖｓｆ／ｖｓｌ）Ｖｌ＋（１−α）Ｖｌ    （１）
△Ｃｃｒ＞（ｖｓｆ／ｖｓｌ）Ｖｌ−ＣＯＦ＋βＶｈ    （２）
但し、ＣＯＦは壜体の所定基準温度Ｔｒにおける満注容積、△Ｃｃｒは予め設定した膨出状の限界変形状態における限界容積増分、Ｖｌは壜体に充填された内容液の所定基準温度Ｔｒにおける体積、Ｖｈは壜体中の所定基準温度Ｔｒにおけるヘッドスペース体積、ｖｓｌは内容液の所定基準温度Ｔｒにおける比容積、ｖｓｆは内容液の完全凍結状態での比容積、αは凍結部分の重量比（１〜０の範囲の値を採る。）、そしてβは１〜０の範囲の値を示す係数である。また式（２）中Ｖｈ＝ＣＯＦ−Ｖｌである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内容液を凍結して使用する合成樹脂製壜体および液体収納製品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、特許文献１等に示されるポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴと記す。）樹脂製等の合成樹脂製壜体は水、スポーツ飲料水、お茶、ジュース等の飲料用として幅広く使用されている。そしてこのような壜体は夏季等においては冷凍庫で内容液を凍結させた状態のものを徐々に溶かしながら飲用に供する等の使用のされ方もしている。
【特許文献１】特開平１０−５８５２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
水を凍結した場合にはその体積が略１．０９倍となるので、密封した壜体では凍結に伴う体積増加により壜体が破損する恐れがあるし、破損まで至らなくとも壜体が大きく膨出変形してしまい、冷凍状態での保管、陳列に支障がでたりする、あるいは、その変形した外観により商品として提供できなくなる等の問題がある。また、凍結状態で壜体が膨出変形する場合には、内容液を部分的に溶解した状態で開栓すると壜体の膨出変形状態が元の状態に形状回復するが、この際内容液が吹き零れる等の問題がある。
【０００４】
本発明は上記したような問題点を解消すべく創案されたものであり、内容液を充填し、口筒部を密封した状態で内容液を凍結させて販売、使用することを目的とした製品において、この製品の製品仕様、安全性、外観、あるいは使用態様に応じた壜体形状を含めた製品設計のための指標を創出することを課題とし、もって、凍結して使用する用途向けに、安全に保存および使用ができると共に、商品性を損なうことのない合成樹脂製壜体、およびこの合成樹脂製壜体に内容液を充填した液体収納製品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記技術的課題を解決する請求項１記載の発明の手段は、
内容液を所定体積充填し、口筒部を密封した状態で内容液を凍結させて使用することを目的とした合成樹脂製壜体であって、
壜体の所定基準温度Ｔｒにおける満注容積ＣＯＦを下記式（１）に示す条件を満足し、また予め設定した膨出状の限界変形状態における限界容積増分△Ｃｃｒが下記式（２）に示す条件を満足する壜体形状としたこと、にある。
ＣＯＦ＞α（ｖｓｆ／ｖｓｌ）Ｖｌ＋（１−α）Ｖｌ    （１）
△Ｃｃｒ＞（ｖｓｆ／ｖｓｌ）Ｖｌ−ＣＯＦ＋βＶｈ    （２）
但し、Ｖｌは壜体に充填された内容液の所定基準温度Ｔｒにおける体積、Ｖｈは壜体中の所定基準温度Ｔｒにおけるヘッドスペース体積、ｖｓｌは内容液の所定基準温度Ｔｒにおける比容積、ｖｓｆは内容液の完全凍結状態での比容積、αは内容液のうち凍結部分の重量比（１〜０の範囲の値を採る。）そしてβは１〜０の範囲の値を示す係数である。また式（２）中、Ｖｈ＝ＣＯＦ−Ｖｌである。
【０００６】
式（１）の右辺中のα（ｖｓｆ／ｖｓｌ）Ｖｌなる項は内容液中の凍結した部分の体積、（１−α）Ｖｌは液体部分の体積であり両者の和が部分的に凍結した状態での内容液の全体積である。ここでαを１とした場合が完全凍結状態に相当し、その際の内容液の体積は（ｖｓｆ／ｖｓｌ）Ｖｌである。
【０００７】
なお、Ｖｌ、Ｖｈ、およびｖｓｌを評価するための所定基準温度Ｔｒは特に限定されるものではないが、たとえば２０℃程度の温度で評価すれば良い。因みに２０℃の水の比容積ｖｓｌは１．００ｃｍ３／ｇで、０℃における氷の比容積ｖｓｆは１．０９ｃｍ３／ｇであり、両者の比ｖｓｆ／ｖｓｌは１．０９となる。
【０００８】
この式（１）の条件は内容液を、完全凍結した状態から予め定めたα値まで部分的に溶解させた状態で開栓するような使用態様を想定したものである。そして壜体の所定基準温度Ｔｒにおける満注容積ＣＯＦを、内容液の種類（ｖｓｆ、ｖｓｌが決まる。）、充填体積Ｖｌそして使用態様により予め定めたα値に対して式（１）の条件を満足するようにすることにより、予め定められるα以下に部分溶解した状態で開栓した際には、溶解した内容液が外部に吹き零れたり、あるいは流出しないようにすることができる。なお、ＣＯＦは所定基準温度Ｔｒの内容液をオーバーフロー状態にまで充填して求めることができる、すなわち口筒部を含めた全容積に相当する。
【０００９】
次に式（２）は完全凍結時の内容液の体積増加による壜体の膨出変形に係る条件をきめるものであり、式（２）の右辺の量はキャップをしない状態で完全凍結したときに壜体から溢れ出る量に相当し、キャップをした状態ではこの溢れ出る分だけ壜体が膨出変形する。
【００１０】
ここで、殺菌のために果汁飲料、お茶等の内容液を９０℃前後の温度で高温充填し、キャップをして密封した製品では、室温ではかなりの減圧状態となり容器が減容変形し液面が上昇する、またキャップをした状態では凍結による内容液の体積増加によって、ヘッドスペースの空気が圧縮され、圧力が大きく上昇するとキャップのシールが損なわれる。
【００１１】
このような理由でヘッドスペース体積Ｖｈの全てを凍結による体積増分の吸収に利用できない。そこで係数βはヘッドスペース体積Ｖｈのうち凍結による体積増分の吸収に利用できない体積の割合を０〜１の値で表す係数である。
【００１２】
高温キャップのシール強度についての影響をみれば、シール強度高ければそれだけヘッドスペース内の気体を圧縮することができ、βはより０に近い値とすることができる。
【００１３】
一方、限界容積増分△Ｃｃｒは壜体の膨出状の変形をどの程度まで許容するか、すなわち液体収納製品の製品設計に関連して決められる量である。使用目的に応じてたとえば歪な変形等の膨出状の変形態様が問題のない用途では壜体の破裂時における内容液充填量を求め安全係数を考慮して決めることができる。また、使用者に与える安心感、あるいは印象等の観点からは、顕著に歪な変形がない範囲でこの限界容積増分△Ｃｃｒが決まる。使用態様からくる制限によっては△Ｃｃｒを０とする、すなわち、膨出状変形のない条件とすることもできる。
【００１４】
ここで、壜体のサンプルがあれば密封状態でたとえば水を加圧充填する試験を行なって、あるいは計算機シミュレーションによる構造計算等により、水の充填容量と壜体の変形態様を関係付けたデータを得ることができるので、上記のように予め設定した、許容される膨出状の変形状態における壜体の容積増分である限界容積増分△Ｃｃｒを略求めることができる。
【００１５】
また、たとえば壜体の胴部平断面が真円形状の丸形ボトルとすれば壜体は膨出状の変形がほとんどできないので△Ｃｃｒを大きく設定することはできないし、胴部平断面形状を正四角形状の非真円形状としておけば膨出状変形が許容される用途では△Ｃｃｒを大きく設定することができる。
【００１６】
そして、上記説明した壜体の限界容積増分△Ｃｃｒが式（２）の条件を満足するようにするように壜体の形状を設計することにより、完全凍結状態においても壜体の膨出状の変形を、安全に保存および使用ができると共に液体収納製品の商品性を損なうことのないような、予め定めた変形態様の範囲にすることができる。
【００１７】
以上のように、請求項１記載の構成は内容液を凍結して使用する液体収納製品用の合成樹脂製壜体の形状の設計指針を提示するものであり、この指針に従って、すなわち液体収納製品の製品仕様および使用様態を考慮して、満注容積ＣＯＦが式（１）を、限界容積増分△Ｃｃｒが式（２）を満足するように壜体形状を設計することにより、安全に保存および使用ができると共に、液体収納製品の商品性を損なうことのない合成樹脂製壜体を提供することができる。
【００１８】
請求項２記載の発明の手段は、請求項１記載の発明において、胴部の平断面形状を非真円形形状としたこと、にある。
【００１９】
請求項２記載の上記構成により、胴部の平断面形状をたとえば正多角形状、楕円あるいは長円等の扁平状等の形状とした場合、すなわち非真円形状とした場合には、この平断面形状を非真円形から真円形に近づけることにより、その平断面積を大きくすることができ、胴部を永久変形させることなく内容液の凍結による体積増加分をこの平断面積の増加により吸収することが可能となる。
【００２０】
また、このように平断面形状が決まれば、真円形に変形した際の平断面積の増加分の算出は容易であるので、膨出変形により期待できる容積増分、変形態様すなわち△Ｃｃｒの予測、そしてこの△Ｃｃｒから容易に壜体の形状設計をすることができる。
【００２１】
請求項３記載の発明の手段は、請求項１または２記載の発明において、ＰＥＴ系樹脂製の２軸延伸ブロー成形品とすること、にある。
【００２２】
請求項３記載の上記構成により、飲料用ボトル等に幅広く使用され、低温でもすぐれた機械的特性を発揮するＰＥＴ系樹脂製の２軸延伸ブロー成形の壜体を、内容液を凍結させて使用する用途に幅広く使用できる。
【００２３】
なお、ＰＥＴ系樹脂としては、主としてＰＥＴが使用されるが、ＰＥＴ樹脂の本質が損なわれない限り、エチレンテレフタレート単位を主体として、他のポリエステル単位を含む共重合ポリエステルも使用できると共に、たとえばガスバリア性や耐熱性を向上させるためにナイロン系樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂等の樹脂をブレンドして使用することもできる。共重合ポリエステル形成用の成分としては、たとえばイソフタル酸、ナフタレン２，６ジカルボン酸、アジピン酸等のジカルボン酸成分、プロピレングリコール、１，４ブタンジオール、テトラメチレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジメタノール、ジエチレングリコール等のグリコール成分を挙げることができる。
【００２４】
さらには、ＰＥＴ系樹脂製壜体は、ＰＥＴ樹脂製壜体としての本質が損なわれない限り、たとえば耐熱性、ガスバリア性の向上のためにＰＥＴ樹脂／ナイロン樹脂／ＰＥＴ樹脂のようにナイロン樹脂等の中間層を有したものであっても良い。
【００２５】
請求項４記載の発明の手段は、合成樹脂製壜体に内容液を充填し、口筒部(2)を密封した状態で前記内容液を凍結させて販売、使用することを目的とした液体収納製品であって、
壜体形状、製品仕様、製品の仕様態様に係る量の関係が下記式（１）および（２）に示す条件を満足するようにしたこと、にある。
ＣＯＦ＞α（ｖｓｆ／ｖｓｌ）Ｖｌ＋（１−α）Ｖｌ    （１）
△Ｃｃｒ＞（ｖｓｆ／ｖｓｌ）Ｖｌ−ＣＯＦ＋βＶｈ    （２）
但しＣＯＦは壜体の所定基準温度Ｔｒにおける満注容積、△Ｃｃｒは予め設定した膨出状の限界変形状態における限界容積増分、Ｖｌは壜体に充填された内容液の所定基準温度Ｔｒにおける体積、Ｖｈは壜体中の所定基準温度Ｔｒにおけるヘッドスペース体積、ｖｓｌは内容液の所定基準温度Ｔｒにおける比容積、ｖｓｆは内容液の完全凍結状態での比容積、αは凍結部分の重量比（１〜０の範囲の数値）、そしてβは１〜０の範囲の値を示す係数である。また式（２）中Ｖｈ＝ＣＯＦ−Ｖｌである。
【００２６】
上記式（１）および式（２）はそれぞれ、前述の請求項１中の式（１）および（２）と同じ条件式である。そして、請求項４記載の上記構成により、内容液を凍結させて使用することを目的とした液体収納製品において、製品仕様、使用態様に壜体形状を含めた製品設計指針を提示するものであり、ｖｓｌ、ｖｓｆ、Ｖｌ、Ｖｈ、β、α、ＣＯＦ、および△Ｃｃｒらの量が、式（１）および式（２）の条件を満足するように製品設計することにより、凍結して使用する用途向けに、安全に保存および使用ができると共に、商品性を損なうことのない液体収納製品を提供することができる。
【００２７】
すなわち、たとえば、使用する壜体の形状、どの程度凍結させて使用するか等の使用態様がまず決められていれば、それに応じて充填体積Ｖｌとヘッドスペース体積Ｖｈを調整することができるし、一方まず使用態様を決めればそれに応じた壜体形状そして充填体積Ｖｌとヘッドスペース体積Ｖｈの割合を調整する等、さまざまなやり方で液体収納製品の製品設計を実施することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は上記した構成であり、以下に示す効果を奏する。
請求項１記載の発明にあっては、内容液を凍結させて使用することを目的とした液体収納製品の製品仕様と仕様態様によって、この製品に使用するための合成樹脂製壜体の形状の設計指針を提示するものであり、この指針により、安全に保存および使用ができると共に、液体収納製品の商品性を損なうことのない合成樹脂製壜体を提供することができる。
【００２９】
請求項２記載の発明にあっては、平断面形状を非真円形から真円形に近づけることにより、その断面積を大きくすることができ胴部を永久変形させることなく内容液の凍結による体積増加分をこの平断面積の増加により吸収することが可能となる。また真円形に変形した際の平断面積の増加分の算出は容易であるので、膨出変形により期待できる容積増分、変形態様から容易に壜体の形状設計をすることができる。
【００３０】
請求項３記載の発明にあっては、ＰＥＴ系樹脂製の２軸延伸ブロー成形の壜体を、内容液を凍結させて使用する用途に幅広く使用できる。
【００３１】
請求項４載の発明にあっては、内容液を凍結させて使用することを目的とした液体収納製品のトータルとしての製品設計指針を提示するものであり、この指針に従ってさまざまな態様で液体収納製品の製品設計を実施することができ、凍結して使用する用途向けに、安全に保存および使用ができると共に、商品性を損なうことのない液体収納製品を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下本発明の実施の形態を説明する。
図１〜図４は本発明の合成樹脂製壜体の第１実施例を示すものであり、５００ｍｌ用の２軸延伸ブロー成形のＰＥＴ樹脂製壜体である。壜体１の形状は全体として扁平状であり、口部２、肩部３、胴部４そして底部５を有し、高さ方向でみると胴部４の上端部および下端部から中央高さ位置にかけて緩やかに縮径した形状である。なお、図１および図２は内容液Ｌを充填した状態を表しており、液面ＬＨの上にヘッドスペースＨＳが存在する。そしてこの状態でキャップで密閉して液体収納製品とする。
【００３３】
なお、図３にはこの壜体１の平断面図（図３（ａ）、（ｂ））および底面図（図３（ｃ））を示しているが、図３（ａ）には２つの平断面形状を合せて示しており、平断面ＢＢは図１中のＢ−Ｂ線における胴部４上端部の平断面形状であり、平断面ＣＣは図１中のＣ−Ｃ線における肩部３の平断面形状である。
【００３４】
図３から判るように、胴部４の平断面形状は非真円形状であり、その上端部と下端部では角部を角取して円弧状とした長方形状であり（図３（ａ）、（ｃ）参照）、この上端部および下端部から中央高さ位置に向けて緩やかにその形状を変えて、中央高さ位置の最も縮径した部分では、曲率半径Ｒ１の円弧部分と比較的大きな平坦に近い曲率半径Ｒ２の円弧部分からなる形状である（図３（ｂ）参照）。
【００３５】
次に第１実施例の壜体１によって、式（１）について具体的に説明する。
ＣＯＦ＞α（ｖｓｆ／ｖｓｌ）Ｖｌ＋（１−α）Ｖｌ    （１）
ここで、内容液を水、所定基準温度Ｔｒを２０℃とすると、水の２０℃における比容積ｖｓｌは１．００ｃｍ３／ｇであり、０℃凍結状態での比容積ｖｓｆは１．０９ｃｍ３／ｇである。
【００３６】
図５は、充填体積Ｖｌを５００ｍｌとし、壜体１をキャップで密閉した状態で、αを変化させたときの式（１）右辺の量を算出し、グラフにして示した説明図である。横軸はα、縦軸は内容液の体積（ｍｌ）であり、ｃ−ａラインは内容液全体の体積（α（ｖｓｆ／ｖｓｌ）Ｖｌ＋（１−α）Ｖｌ）、ｃ−ｂラインはそのうち凍結部分の体積（α（ｖｓｆ／ｖｓｌ）Ｖｌ）を示す。また、ｄ→ｅ→ｃラインは壜体１の満注容積ＣＯＦを５３０ｍｌに設定した場合の凍結過程における壜体１の容積変化を表す。
【００３７】
ｄ−ｅの範囲では膨出状の変形はないが、ｅ点（α＝０．６３）で内容液Ｌの体積が５３０ｍｌに達し、さらに凍結が進行すると胴部４の非真円形状の平断面形状が真円形状に変化するように（図４参照）、壜体１の膨出状の変形がｅ→ｃラインに沿って進行し、ｃ点の完全凍結状態に至る。勿論ではあるが完全凍結させない場合もある。なお図５中のハッチングした領域Ｐは壜体１が膨出状の変形をしている領域を示す。
【００３８】
そしてｃ→ｆ→ｇラインは完全凍結した液体収納製品の販売あるいは使用態様の一例を示すものである。これはｃ→ｆラインに示されるように完全凍結した内容液を少量だけ解凍し、たとえば飲用等に供する場合を想定したものであるが、ｆ点（α＝０．８５）で開栓した場合には、壜体１の膨出状の変形状態が変形前の状態に戻り、凍結の状態にも拠るが最も極端な場合には、壜体１の容積はｆ→ｇラインに沿って減少し、ｆ−ｇの高さに相当する量の内容液が外部に吹き零れたり、流出してしまう恐れがある。
【００３９】
一方、ｃ→ｅ→ｈラインは完全凍結した液体収納製品の販売あるいは使用態様の他の例を示すものであり、半分近くまで（α＝０．５５）解凍してから開栓する例であり、この例の場合には開栓時（ｈ点）では内容液の体積（ｉ点の高さ位置に相当）は既に壜体１の満注容積ＣＯＦである５３０ｍｌより小さいので、吹き零れたり、流出する恐れはない。
【００４０】
このように、どの程度まで解凍させて販売あるいは使用するかによって図５等のデータも参照しながら式（１）の条件を満足するように壜体１の満注容積ＣＯＦを設定して壜体１の形状設計を実施することにより、内容液の吹き零れや、流出を防止することができる。たとえば上記したｃ→ｆ→ｇラインのような使用態様が想定される場合には満注容積ＣＯＦを５４０ｍｌ以上にする必要があり、さらには完全凍結状態から、かなり解凍した状態までその使用態様が定まらない場合には安全を考えて完全凍結体積であるｃ点における５４５ｍｌ以上とする必要がある。
【００４１】
次に本第１実施例の壜体１に基づいて、式（２）について具体的に説明する。
△Ｃｃｒ＞（ｖｓｆ／ｖｓｌ）Ｖｌ−ＣＯＦ＋βＶｈ    （２）
（ここで、Ｖｈ＝ＣＯＦ−Ｖｌである。）
この（２）式は図５中の壜体１が膨出状の変形をしている領域Ｐにおいて、最大の膨出状態となる完全凍結状態（α＝１）における、壜体１の変形態様、すなわち膨出状の変形を予め設定した許容範囲内にするための壜体形状の設計指針を提示するものである。
【００４２】
ここで具体的に、内容液を水、所定基準温度Ｔｒを２０℃とし、壜体１の満注容積ＣＯＦを５３０ｍｌ、内容液の充填体積Ｖｌを５００ｍｌ、そしてヘッドスペース体積Ｖｈを３０ｍｌとする。なお、Ｖｈ＝ＣＯＦ−Ｖｌなる関係があるのでＶｌ、Ｖｈ、ＣＯＦはそれぞれ独立に決められるものではない。
【００４３】
係数βはヘッドスペース体積Ｖｈのうち、凍結による体積増分の吸収に利用できない体積の割合を０〜１の値で表す係数であり、主としてキャップのシール強度（耐圧性）により決めることができ、シール強度が高ければそれだけヘッドスペース中の気体の圧縮が可能であり、βはより０に近い値とすることができる。本実施例ではキャップのシール強度を最大１９６．１ＫＰａ（２ｋｇｆ／ｃｍ２）（大気圧の３倍）程度とし、ボイル・シャルルの法則よりβを０．３３として以下説明を進める。
【００４４】
このようにして、内容液によりｖｓｆとｖｓｌが、液体収納製品の製品仕様によりＶｌ、βそして式（１）からＣＯＦが、そしてＶｌとＣＯＦからＶｈが決められ、これら値に基づいて式（２）の右辺の値を算出すると２０ｍｌとなり、完全凍結時には、完全凍結による体積増分４５ｍｌ（（ｖｓｆ／ｖｓｌ）Ｖｌ−Ｖｌにより算出。）のうちこの２０ｍｌ分を壜体１の膨出状の変形により吸収する必要がある。
【００４５】
すなわち式（２）は△Ｃｃｒ＞２０ｍｌとなり、液体収納製品が安全に保存および使用ができると共に歪な膨出状の変形により商品性を損なうことのないような範囲で、許容される限界的な変形態様における容積増分である限界容積増分△Ｃｃｒが２０ｍｌ以上になるように、壜体１の形状を設計すれば良いことが判る。
【００４６】
以下、本第１実施例の壜体１について、限界容積増分△Ｃｃｒを説明する。本一例の壜体１は、基本的には非真円形の胴部４平断面形状の真円形状への変形により、その平断面積の増加により壜体容量を大きくして、凍結による内容液の体積増加分を吸収しよとするものである。
【００４７】
胴部４の変形による壜体１の容積増分（以下△Ｃと記す。）をどの程度の大きさにすることができるかは、胴部の任意の高さにおける平断面積Ｓａとこの平断面の周長と同じ長さの周長を有する真円の面積Ｓｃの比であるＳｃ／Ｓａ（以下Ｒｓ値と記す。）を非真円形の度合いを示す指標として推定することができる。
【００４８】
すなわち、たとえばＲｓ値が胴部４の全高さ範囲に亘り平均的に１．１であれば、平断面が真円形状に変形することにより胴部４部分に相当する容積を１．１倍とすることができると予測される。水の完全凍結による体積増加比ｖｓｆ／ｖｓｌ＝１．０９なる値と比較すれば、上記１．１倍の容積増加により略この体積増加分を吸収することが可能であることが推定される。
【００４９】
因みに、いくつかの平断面形状についてこのＲｓ値をみると、正多角形では、正３角形１．６２、正４角形１．２７、正６角形１．０８、正８角形１．０５である。楕円形では長径／短径１．５の楕円で１．０６、長径／短径２．０の楕円では１．１９の値を示す。
【００５０】
本第１実施例の壜体１では図３からも判るように胴部４の全高さに亘りその平断面形状を非真円形としているが、その非真円形に係るＲｓ値は中央高さ位置における１．０６から上端部および下端部における１．０９の範囲としており、その平均値は１．０７５である。ここで胴部４の高さ範囲に相当する内容積は略４００ｍｌであり、胴部４が真円形状に変形することにより３０ｍｌ（４００ｍｌ×０．０７５）程度の容積増分を期待することができる。
【００５１】
また、限界容積増分△Ｃｃｒは前述したように、膨出状の変形をどの程度まで許容するか、すなわち商品設計に関連して決められる量であるが、本第１実施例の壜体１の内容液の凍結時における変形は、胴部４の平断面形状が真円形になるように変形することが予測され、使用者に与える安心感、あるいは印象等の観点から、顕著に歪な変形がない範囲でこの限界容積増分△Ｃｃｒを決めたとしても、△Ｃｃｒ≧△Ｃ＞（式（２）右辺の算出値）なる条件が満足され、その結果内容液による凍結によっても壜体１の変形を予め定めた範囲内とすることができると推定できる。
【００５２】
ここで、本第１実施例の壜体１（満注容積ＣＯＦ５３０ｍｌ）に２０℃の水５００ｍｌを充填してヘッドスペースを３０ｍｌとしてキャップで密閉し、正立状態で冷凍庫内に入れて中の水を氷結させる実験を行なった。壜体１の胴部４の形状は全体的に扁平部分が膨出した状態となり、中央高さ位置における断面形状は図４中、２点鎖線で示した変形前の平断面形状と同じ周長を有する真円形に近づいた形状であり、顕著に歪な変形はなかった。
【００５３】
図６および図７の壜体１は他の実施例を示すものであり、２軸延伸ブロー成形した丸型の３５０ｍｌ用のＰＥＴ樹脂製壜体であり、胴部４の上端部および下端部に周溝７を周設すると共に、略全高さ範囲に亘り中心軸対称の６箇所に胴壁を凹ますようにして凹状のパネル６を形成したものである。
【００５４】
第１実施例で説明した式（１）については、本実施例においても第１実施例で図５で説明したような方法で、その液体収納製品の製品仕様、使用態様により壜体１の満注容量ＣＯＦを決めることができる。
【００５５】
また式（２）について説明すると、本実施例の壜体１の満注容積ＣＯＦは３６７ｍｌであり、この壜体１に２０℃の水を３５０ｍｌ充填して（Ｖｌ＝３５０ｍｌ）ヘッドスペース体積Ｖｈを１７ｍｌとし、キャップで密閉し、正立状態で冷凍庫内に入れて中の水を氷結させる実験を行なったが、凹部であるパネル６が外側方向（図７の白抜き矢印方向）に膨出した状態（図７中の２点鎖線参照）となった。
【００５６】
βを第１実施例同様に０．３３とすれば式（２）の右辺の算出値は２０．２ｍｌである。ここで、パネル６の図７に示すような膨出状の変形が許容される用途であれば、限界容積増分△Ｃｃｒ＞２０．２ｍｌなる条件が満足され、一方、使用者に与える安心感、あるいは印象等の観点からこのような膨出変形が許容範囲を超えている用途の場合には上記条件が満足されていないと判断される。
【００５７】
そして、本実施例のような形状の壜体１においても、壜体１の成形そしてその凍結試験をするまでもなく、ある形状の壜体１の変形態様は計算機による構造計算により比較的容易に求めることができ、この壜体１の容積増分△Ｃと変形態様を見ながら、許容限界の変形態様での容積増分△Ｃに相当する限界容積増分△Ｃｃｒを求め、△Ｃｃｒ＞（式（２）右辺の算出値）なる条件を満足するか否かによって、厚さを含めた一つの形状の壜体が目的の用途に使用可能か否かを判断することができる。
【００５８】
なお、上記実施の形態の説明では壜体の形状の設計という観点から説明したが、本発明の式（１）、式（２）による設計指針は、壜体に内容液を所定量充填し、口筒部を密封した状態で前記内容液を凍結させて販売、使用することを目的とした液体収納製品をトータルに製品設計する際の設計指針を提供するものである。
【００５９】
すなわち、たとえば使用する壜体の形状、どの程度凍結させて使用するか等の使用態様がまず決められていれば、それに応じて充填体積Ｖｌとヘッドスペース体積Ｖｈを調整することができるし、一方、まず使用態様を決めればそれに応じた壜体形状そして充填体積Ｖｌとヘッドスペース体積Ｖｈの割合を調整する等、さまざまな態様で液体収納製品の製品設計を実施することができるし、最初から凍結して販売、使用する用途向けにトータルに製品設計することもできる。
【００６０】
なお、本発明の内容液を凍結して使用する合成樹脂壜体の形状に係る設計の指標の有効性は、上記実施例の壜体形状、液体収納製品あるいはＰＥＴ樹脂製に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上説明したように本発明により、内容液を凍結した状態で、安全に保存および使用ができると共に、液体収納製品の商品性を損なうことのない状態で液体収納製品を提供することができ、内容液を凍結して使用する分野でさらに幅広い使用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の壜体の第１実施例を示す正面図である。
【図２】図１の壜体の側面図である。
【図３】図１の壜体の、（ａ）図１中のＢ−Ｂ線およびＣ−Ｃに沿っての平断面図、（ｂ）図１中のＡ−Ａ線に沿っての平断面図、（ｃ）底面図である。
【図４】図３（ｂ）の平断面図に、同じ周長を有する円形を比較して示す説明図である。
【図５】内容液の凍結および解凍過程における、体積および容積の変化をグラフにして示す説明図。
【図６】本発明の壜体の第２実施例を示す正面図である。
【図７】図６中のＤ−Ｄ線に沿っての平断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  ；壜体
２  ；口部
３  ；肩部
４  ；胴部
５  ；底部
６  ；パネル
７  ；周溝
ＢＢ；平断面
ＣＣ；平断面
Ｒ１；曲率半径
Ｒ２；曲率半径
Ｌ  ；内容液
ＨＳ；ヘッドスペース
ＨＬ；液面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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